四维空间真的存在吗？它与三维空间的区别到底在哪里？

四维空间存在吗？

简单回答：不知道，我们只能假设它存在，或者说在数学概念里四维空间是存在的，它只是比三维空间多出了一个空间维度，但这个空间维度到底在哪里，我们不得而知，而且很难去具体描述出来。

数学上是如何定义四维空间的呢？其实很简单。

我们都知道三维空间的定义，一个点同时由三条相互垂直的线组成的空间就是三维空间，我们就生活在三维空间里。按这种方法推算，四维空间就是一个点上由四条相互垂直的线组成的空间。

但日常生活经验告诉我们，一点上不可能出现四条相互垂直的直线，所以我们很难想象出来第四个维度。

也正因为如此，文章开头我说了四维空间只是一个数学推导出来的抽象概念，现实中我们无法确定，也很难去验证。

不过，我们可以通过二维空间与三维空间的对比，来了解三维空间与四维空间的区别，具体来讲，四维空间对比三维空间有很大的优势。

第一，多出来的维度让四维空间更大，更有包容力，通俗来讲就是，四维空间比三维空间能装更多的东西。

第二，在四维空间里，从一个地方去往其他地方，有更多的选择，更多的路线。拿二维空间与三维空间对比就知道了，二维空间就是一个面，所以在二维空间里，一个东西只能沿着这个面从一个地方到其他地方，但是在三维空间里就有更多选择了。

同理，四维空间比三维空间的选择更多，而且选择会呈指数级增长。如果我们在二维空间，可以在某个地方突然消失，然后从另一个地方出现，就像瞬移那样。

而在四维空间里同样可以在三维世界的某个地方原地消失，然后瞬间出现在别的地方。

第三，在四维空间里，可以随意折叠三维空间，任意操控三维空间，就像我们在三维空间里可以对折二维平面那样，实现三维空间里的任何穿梭。

那么，四维空间到底是什么样的呢？

用数学语言表达是这样的。零维是一个点，一维是一条线，二维是一个面，三维是一个体，那么四维就是超立方体。这个超立方体与我们通常所说的立方体有本质区别，因为超立方体的每个面都是一个三维立方体，我们很难想象超立方体具体是什么样的，只能用这种抽象的方式去描述。

这里有必要说一下时间维度，爱因斯坦的相对论告诉我们，时间也是一个维度，只不过这个维度是单向的，不像空间维度是双向的。所以空间与时间组成的空间也被称为四维时空。

在很多人眼里，四维空间与四维时空有很大不同，因为他们认为四维空间里的四个维度是空间维度，而时间并不是空间维度。

事实上，没有任何大自然法则表明时间不是空间维度，何况我们对四维空间里的第四个维度的定义本来就是非常模糊的，根本说不清，怎么就能断定时间就不能是空间维度呢？

更重要的是相对论告诉我们，时间和空间本来就是有机的整体，两者不可分割，时间和空间就是一个事物的两种表现形式，本质是其实应该是一样的。这意味着时间和空间永远联系在一起，任何把时间和空间分开讨论的行为都没有一样。

说白了，即便是四维空间真的存在，也不可能单独存在，必须与时间维度一起存在，因为两者是不可分割的。也就是说，并不存在所谓的“四维空间”，即便存在也只能是“五维时空”，也就是四维空间加上时间维度。

当然，也有可能，所谓的四维空间与四维时空其实是一个概念，时间就是第四个空间维度。

当然，以上对四维空间或者高维空间的分析都是建立在猜测的基础上，目前来看，四维空间基本上只能靠想象。不过也有物理学家基于高维空间的基础上，提出了复杂的前沿理论，比如说弦理论。

弦理论后来发展出了很多分支，不过不管哪个分支，都是建立在高维度空间的基础上，甚至可达26个维度空间。弦理论涉及到复杂的数学公式计算，一般人很难真的了解。

不过，很多物理学家坚信高维度空间一定存在，因为他们发现，在三维空间里，很多大自然法则都显得非常复杂，必须用复杂的数学公式才能描述出来，而且不同的理论很难实现最终的统一，比如说相对论和量子力学的统一。

而一旦来到高维空间，大自然法则就显得更为简洁简单，把不同的理论统一起来也更容易。而科学需要的就是简洁而不是复杂，这也是为什么科学家们如此热衷于高维空间的研究，因为他们坚信，宇宙的至理就隐藏在高维空间！